chap11 基于ARM的软件系统设计

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复杂嵌入式系统软件的一般结构
微处理器系统结构与嵌入式系统设计
BOOT LOAD
HAL、底层封装、部分由OS提供
ARM+M+I/O
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复杂嵌入式系统软件工作流程
微处理器系统结构与嵌入式系统设计
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微处理器系统结构与嵌入式系统设计
11.2 嵌入式软件系统的引导和加载

S3C2440启动方式
三星公司的S3C2440支持Nor Flash和Nand Flash 启动, 可以通过硬件跳线(引脚OM[1:0])设置启动 方式。具体含义如下: 1. OM[1：0]=00时，处理器从NAND Flash启动 2. OM[1：0]=01时，处理器从16位宽度的Nor Flash启动 3. OM[1：0]=10时，处理器从32位宽度的Nor Flash启动 4. OM[1：0]=11时，处理器从Test Mode启动
从以上代码可以看出，其功能主要是修改程序状态寄 存器CPSR的相关值，修改后CPSR的低八位变为二进制值 11x10011，依其值可知CPU进入SVC管理模式，且中断 和快速中断均被关闭。 后续代码功能分别是关闭看门狗、禁止中断、配置处 理器内部时钟、配置内存区控制寄存器等，然后是代码搬 移指令代码。
11.3 嵌入式Linux内核的移植（了解）

Linux内核的结构 内核的配置与裁剪


内核的编译
Linux内核配置编译实例
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11.4 Linux下驱动程序设计示例（了解）
微处理器系统结构与嵌入式系统设计
11.1 嵌入式软件系统结构及工作流程

简单的嵌入式应用
若嵌入式系统的功能需求比较简单，嵌入式系统软件只 需完成较简单的监控、驱动和处理功能，则不需要嵌 入式操作系统的支持。 如基于8051的应用：玩具、家电、汽车等的控制系统
不需要使用操作系统，基于裸机开发
系统上电后转移到main函数入口，首先进行系统 初始化，然后进入工作循环直到系统停电或者出现 重大错误。
void main(void)
{
…… //变量、参数等的定义及说明 X_init( ); //系统初始化，一般为汇编代码 While(1) X( ); //超级循环 }
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微处理器系统结构与嵌入式系统设计
11.3 嵌入式Linux内核的移植
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微处理器系统结构与嵌入式系统设计

嵌入式实时操作系统



RTlinux及其他嵌入式实时Linux uC/OS II eCOS Vxworks （wind river systems公司） QNX （QNX software systems公司） pSOS OS/9 VRTX ThreadX
1.
微处理器系统结构与嵌入式系统设计
基本硬件设备初始化：CPU时钟频率，寄存器，存储器数 据宽度、访问周期、刷新周期，中断系统，I/O端口等； 为第二阶段准备RAM空间，设置堆栈； 复制第二阶段代码到RAM中，并跳转到第二阶段入口点
2. 3.
Stage2（C实现）
1.
初始化本阶段要使用的硬件设备，实现对板级驱动的支持；

复杂的嵌入式应用
若嵌入式系统的功能需求比较复杂，需要图形 用户界面、网络管理、存储管理、进程/线程管 理或需要支持二次开发等，则通过嵌入式操作 系统的帮助，可以加快嵌入式系统软件的开发 进度和可靠性。 如基于ARM的应用：手机、 PDA
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简单嵌入式系统软件结构


微处理器系统结构与嵌入式系统设计
U-boot的运行过程分析
微处理器系统结构与嵌入式系统设计
U-Boot的阶段一代码通常放在start.s文件中，用汇编语言写 成，其主要功能是设置处理器状态、初始化中断和内存时序 、对整个U-Boot目标代码进行重新定位。
阶段一刚开始的代码是处理器的异常处理向量表：
.globl_start ；系统复位的位置，由U-Boot.ld决定 _start: b reset ；0x00000000，各个异常向量对应的跳转代码 ldr pc, _undefined_instruction ；0x00000004，未定义指令异常 ldr pc, _software_interrupt ；0x00000008，软件中断异常 ldr pc, _prefetch_abort ；0x0000000c，预取中止异常 ldr pc, _data_abort ；0x00000010，数据中止异常 ldr pc, _not_used ；0x00000014，未使用 ldr pc, _irq ；0x00000018，中断异常 ldr pc, _fiq ；0x0000001c，快速中断异常 …………
微处理器系统结构与嵌入式系统设计
第十一章 基于ARM的软件系统 设计
5学时
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微处理器系统结构与嵌入式系统设计
第十一章 基于ARM的软件系统设计
11.1 嵌入式软件系统结构及工作流程（掌握） 11.2 嵌入式软件系统的引导和加载


Boot Loader程序的基本概念（掌握）
U-Boot的分析与移植（理解）
Bootloader是严重依赖硬件而实现的，每一种不 同体系结构的处理器都有不同的Bootloader，甚至 同一种处理器的外围硬件配置不同，其Bootloader 也有差别。因此开发特定的Bootloader是构建嵌入 式linux系统之前的一项必要的基础工作。
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Bootloader的开发
Stage1（汇编实现）
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微处理器系统结构与嵌入式系统设计
U-boot的运行过程分析
接着通过下列语句跳转到C代码执行，阶段一的使命也就完成 了。
ldr pc, _start_armboot _start_armboot: .word start_armboot
start_armboot()在board.c中定义，是Bootloader中的C语言开始
微处理器系统结构与嵌入式系统设计
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱARM
PowerPC
否 否 否 否 否
否 否 否 否 否
LinuxBIOS
BLOB U-boot RedBoot
11
否
否 是 是
是
否 是 是
否
是 是 是
否
否 是 是
微处理器系统结构与嵌入式系统设计
U-boot的分析与移植
U-boot全称 Universal Boot Loader，支 持ARM体系等多种处理器，包含常见的外设的 驱动，是一个开源的、功能强大的板极支持包 ；由德国DENX软件工程中心的Wolfgang Denk维护。 U-boot启动时处于正常的启动加载模式， 但是它会延时指定时间（单位秒）等待终端用 户按下任意键而切换到下载模式，如果在指定 时间内用户没有按键，则继续启动操作系统。
2.
3. 4.
检测系统内存映射；
将内核镜像和根文件系统镜像从flash读到RAM中； 为内核设置启动参数；
5.
10
将PC指针指向内核的入口处，调用内核。挂载文件系统；
Linux 环境下BootLoader种类
Bootloader LILO GRUB Loadlin ROLO Etherboot 描 述 Monitor 否 Linux磁盘引导程序 否 GNU的LILO替代程序 否 否 否 从DOS引导Linux 从ROM引导Linux而不需要 BIOS 通过以太网卡启动Linux系统 的固件 完全替代BUIS的Linux引导 程序 LART等硬件平台引导程序 通用引导程序 基于eCos的引导程序 x86 是 是 是 是 是
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S3C2440 Nand Flash启动过程
微处理器系统结构与嵌入式系统设计
在系统上电后,Nand Flash控制器 会自动的把Nand Flash上的前4K U-BOOT数据搬移到内部SRAM 的地址最低端(此SRAM被称为 Steppingstone)； CPU从内部RAM的0x00000000 位置开始启动并在uboot启动代码 的前4K里完成S3C2440的核心配 置，然后把U-BOOT剩余部分搬 到RAM中运行；
U-boot主要包括以下目录

微处理器系统结构与嵌入式系统设计
drivers：U-Boot支持的各种设备驱动程序都放在该目录，比 如各种网卡、支持CFI的Flash、串口和USB等。 fs: 该目录存放U-Boot支持的文件系统，例如fat、fdos、 jffs2、cramfs、ext2和reiserfs等。 include：U-Boot使用的头文件，还有对各种硬件平台支持的 汇编文件，系统的配置文件和对文件系统支持的文件。该目录 下configs目录有与开发板相关的配置头文件。该目录下的 asm目录有与CPU体系结构相关的头文件，ARM对应的是 asm-arm。 lib_xxx: 与体系结构相关的库文件。与ARM相关的库放在 lib_arm中。 net：与网络协议栈相关的代码，BOOTP协议、TFTP协议、 RARP协议和NFS文件系统的实现。 tools：生成U-Boot的工具，如：mkimage，crc等等。 doc：文档目录。U-Boot有非常完善的文档，推荐参考阅读。 14
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S3C2440 Nand Flash
引导程序BootLoader

微处理器系统结构与嵌入式系统设计
是嵌入式系统在加电启动后执行的第一段代码，功能类似 pc机的BIOS和OS Loader，通常需要固化在目标板中； 主要负责CPU、存储器及相关硬件的初始化，以及将装载 操作系统映像到内存中，然后跳转到规定的地址启动操作 系统运行。
的函数，也是整个启动代码中C语言的主函数，同时还是整个 UBoot(armboot）的主函数。它类似于Linux内核的start_kernel()，是